新型偏心跟管钻具的设计与有限元分析.pdf

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1、2009年12月探矿工程(岩土钻掘工程)33新型偏心跟管钻具的设计与有限元分析罗宏保，宋军，赵建勤，黄晓铭(1．中国地质科学院探矿工艺研究所，四』Il成都611734；2．安世亚太(科技)有限公司成都分公司，四川成都610016)摘要：介绍了新型偏心跟管钻具的结构组成以及设计思路。针对跟管钻具工作环境与受力作用复杂的情况，通过对跟管钻具进行建模，设定各种载荷条件，运用有限元分析软件ANSYSl1．0对跟管钻具的工况进行模拟。根据模拟分析结果能够对钻具的设计进行改进，并为新型跟管钻具设计结构的合理性和可靠性提供理论

2、依据。关键词：偏心跟管钻具；有限元；模拟分析中图分类号：P634．4文献标识码：A文章编号：1672—7428(2009)12—0033—04DesignandAnalysisOnFiniteElementofNewTypeDTHHammerDrillingwithEccentricSimultaneousCasing／LUOHong-bao’，SONGJun，ZHAOJian—qin‘，HUANGXiao—ming(1．TheInstituteofExplorationTechnology，CAGS，Cheng

3、duSiehuan611734，China；2．PERAChinaChengduLtd．，ChengduSichuan610016，China)Abstract：ThispaperintroducedanewtypeDTHhammerdrillingwitheccentricsimultaneouscasingaboutthestructurecompositionandthedesignidea．Inviewofthecomplexsituationofworkingenvironmentandtheforce

4、features，modelingwasmadeOilDTHhammerdrillingtool，variousloadconditionsweresetandtheworkingconditionsofDTHhammerdrill—ingweresimulatedwiththefiniteelementsoftwareANSYS11．0．AccoMingtotheresultsofsimulationanalysis，improve—mentwasmadeonthedesignofdrillingtooland

5、theresultsprovidethetheoreticalbasisforrationalityandreliabilityofthenewtypeDTHhammer．Keywords：DTHhammerdrillingwitheccentricsimultaneouscasing；finiteelement；simulateanalysis0前言潜孔锤偏心跟管钻进技术是在潜孔锤钻进技术上发展起来的一项新的钻进技术，它采用特殊的钻导正器具实现套管的跟进，成功地解决了钻进过程中孔壁的坍塌和冲洗介质漏失问题，是一

6、种在松散破碎和I，口_偏心砂卵石地层钻进中比较成功的钻进方法。在滑坡体复合钻头或在公路和水电大坝的高边坡进行锚索施工，地层普遍松散破碎，目前锚索孔成孔普遍采用潜孔锤偏心跟管钻进施工方法。但当孔深超过40in、孔径达150～180him时，该方法受钻进设备、钻具和管材等图1新型偏心跟管钻具结构因素影响，效率降低，若遇孔内有漂砾，钻进难度更大，效率更低。为了解决这种大直径、长孔段锚索孔设计使得其既具有两件套结构简单、装拆容易的特施工难的问题，研制了一种新型的潜孔锤偏心跟管点，又继承了三件套中心钻头在钻进过程中可以起钻

7、具，结构如图1所示。到导向的作用。同时，与三件套相比零件数量的减偏心跟管钻具由导正器、导向偏心复合钻头等少，也减少了冲击器做功时，能量传递过程中的能量两部分组成，构成跟管钻进系统的还有冲击器、管损失。靴、套管等。此偏心跟管钻具是基于三件套与两件在施工过程中，偏心跟管钻具承受苛刻、复杂的套的偏心跟管钻具的结构设计的，将三件套钻具结工况。这些工况包括：冲击，扭转，与岩土的挤压，摩构中的偏心扩孔钻头和中心导向钻头二者合而为擦载荷等等，这些载荷使钻具处于非常复杂的应力一做成一个整体——导向偏心复合钻头。这样的，状态。为了

8、提高钻头产品的耐用性，采用有限元分收稿日期：2009—08—18基金项目：“十一五”国家科技支撑计划项目予课题“地质灾害应急处置快速治理技术研究与示范”作者简介：罗宏保(1981一)，男(汉族)，河南信阳人，中国地质科学院探矿工艺研究所助理工程师，机械制造及其自动化专业，硕士，主要从事地质钻探、大钎具、跟管钻具等方面的科研工作，四川省成都市郫县现代工业港(北区)港华路13